Prozessorgeflüster

Von alten Effekten und neuen Wegen

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Der Physik-Nobelpreis ist vergeben, da kann Intel auch seine Quarks herausbringen. Während deren Kerne aus tiefer Vergangenheit stammen, plant Qualcomm mit futuristischen Neuronal Processing Units.

Den Nobelpreis für Physik begleiten wir diesmal mit so schönen Themen wie Kerne und Energieniveaus (S. 126), Superstrings (S. 180) und Quarks (S. 22). Erhalten haben die Auszeichnung der schwedischen Akademie der Wissenschaften der Schotte Peter Higgs und der Belgier François Englert für ihre Vorhersagen zum Higgs’schen Boson. Journalisten bezeichnen dieses immer wieder gern als Gottesteilchen, dabei hatte Nobelpreisträger Leon Max Lederman sein zugrunde liegendes Buch ursprünglich mit „gottverdammtes Teilchen“ überschrieben, was ja doch was anderes ist – aber seinem Verleger war das zu blasphemisch.

Leer ausgegangen sind jedoch all jene, die das Higgs’sche Boson nun mit unendlich viel Aufwand nachgewiesen haben, also die zahlreichen Wissenschaftler von CERN, Atlas und CMS. Die Mohren haben ohnehin ihre Schuldigkeit getan, viele von ihnen, insbesondere die zahlreichen „Postdocs“, müssen sich jetzt neue Jobs suchen; und die Zahl der Arbeitsplätze für Teilchenphysiker ist sehr limitiert. Das LHC macht jetzt erst einmal eine Pause und wird für 100 Millionen Euro aufgerüstet. 2015 soll es dann wieder Protonen, Bleikerne und vielleicht noch was anderes durch den 27 Kilometer langen Ring jagen, unter anderem, um dunkle Materie, dunkle Energie und helle Supersymmetrie aufzuspüren.

Solche modernen Nachweise sind übrigens ganz anders, als man es von früher her kannte. Ohne enorme Computer-Power hat man keine Chance. Man errechnet damit statistische Signifikanzen bestimmter in einer Myriade Daten versteckter Ereignisse. Vor 50 Jahren hingegen konnte man beispielsweise den nobelpreisgekrönten Mößbauereffekt schon mit gut eingerichteten Schullabors in wenigen Stunden nachvollziehen. Dementsprechend laut waren wohl auch die Klatschgeräusche auf den Stirnen Tausender von Wissenschaftlern: „Mann, warum bin ich nicht selbst drauf gekommen?“ Aber heute – ohne ein LHC hier, riesige Supercomputer und ein weltweites Grid da – für unter 10 Milliarden Euro Investition braucht man gar nicht erst anzufangen.

Déjà vu

Da hats Intel mit seinem Quark-Nachweis einfacher. Der Neuling in der Prozessorszene ist jetzt da. Er meldet sich als ein altes, gut bekanntes Teilchen, nämlich als Pentium, und bietet auch den Pentium-Instruktionssatz ohne MMX. Tatsächlich ist der Kern aber nur ein 486DX, mit nur einer Integer-Pipeline von fünf Stufen Länge, nur einer ALU und mit einem gemeinsamen, 16 KByte großen L1-Cache (der Pentium hatte zwei getrennte L1-Caches à 8 KByte) und mit – juhu – dem A20-Gate (A20M# ist leider fest auf 1 gelegt). Das Blockschaltbild ist dem vom 486DX demnach „verblüffend“ ähnlich.

Hinzugekommen sind aber PAE und moderne Schutztechniken wie No Execute und SMEP, ein leistungsfähiges Powermanagement, IOAPIC und AMBA-Bus. Den Einsatz dieses ARM-Interface, an das sich massenhaft vorhandene On-Chip-Module der Embedded-Welt ankoppeln können, ist ein sehr geschickter Schachzug. Intel ist ja ARM-Lizenznehmer (ARM7, ARM11MP, vermutlich auch Architektur-Lizenz) und darf das daher. Keineswegs beschränkt sich dann der Einsatzbereich des Winzlings auf Wearables, wie es Intel-Chef Krzanich auf dem IDF andeutete. Vielmehr will Intel auf breiter Front ARM bei den kleinen Mikrocontrollern angreifen, zunächst mit der Arduino-Entwicklerplattform Galileo (S. 22).

Quark ist jedenfalls von Anfang an sehr gut dokumentiert – kann er doch auf die damals noch üppige Prozessordokumentation zurückgreifen. So wurde das i486 Hardware Reference Manual von 1990 weitgehend rezykliert und heißt jetzt Intel Quark SoC X1000 Core Hardware Reference Manual. Zusätzlich startet Quark auch gleich mit einer Fehlerliste – der 486 hatte damals noch keine. Ganz große Brocken scheinen bei den knapp über 20 Einträgen auf den ersten Blick nicht darunter zu sein, jedenfalls nicht für normale Programme. Man hatte ja auch 25 Jahre Zeit …

Das sieht beim Westmere-EP-Prozessor leider anders aus, wo im letzten Specification Update Intel für eine „kleine Untermenge“ dieser Familie einen Fehler eingestehen muss, bei dem der Prozessor unter komplexen Bedingungen Berechnungen nicht korrekt beendet: „BD131. Sensitivity in Execution Unit Clock Circuitry on a small subset of Intel Xeon processor X5675, X5690 and X5687 May Result in Unpredictable System Behavior.“

Ein Umtausch à la Pentium scheint zum Glück nicht nötig zu sein, nur neue Firmware beziehungsweise ein Microcode-Update. Zumindest IBM und HP weisen auf ihren Support-Seiten ihre Kunden auf die Update-Notwendigkeit hin – da sind wohl doch mehr Plattformen betroffen, als Intel zugeben will.

Ein kostspieliger Rückruf käme im Moment auch zur Unzeit, denn Intels Gewinnsituation ist nicht mehr ganz so rosig wie früher. Aber anders als von vielen Analysten befürchtet, hält sich die Corporation mit einem Umsatz im dritten Quartal 2013 von rund 13,5 Milliarden US-Dollar zumindest auf Vorjahresniveau, wobei allerdings das PC-Geschäft um 3,5 Prozent auf 8,5 Milliarden zurückging. Das machte die von Diane Bryant geführte Datacenter Group aber mit einem ordentlichen Zuwachs von 12,5 Prozent wieder wett und so bleibt letztlich weiterhin ein durchaus erklecklicher Gewinn von knapp 3 Milliarden Dollar übrig. Allerdings musste Intel-Chef Krzanich auf der Bilanz-Pressekonferenz eingestehen, dass sich die nächste Prozessorgeneration Broadwell wegen technischer Probleme um mindestens drei Monate verzögern wird,

Und während Intel noch über neue Wege sinniert, geht Qualcomm diese schon. Wie CTO Matt Grob auf der vom MIT veranstalteten EmTech 13 mitteilte, will man Neuronal Processing Units in zukünftige Smartphone-Chips integrieren. So hat man sich zu diesem Zweck schon vor Jahren an der Brain Corporation beteiligt. NPUs sollen bestimmte Algorithmen wesentlich effizienter ausführen können als ein normaler Mikroprozessor. Grob erwähnte als potenzielle Einsatzgebiete beispielsweise die Echtzeit-Mustererkennung in Videos sowie neuartige Bedienungsfunktionen, etwa eine lernfähige Gestensteuerung oder kontextabhängige Sprachkommandos. Überall, wo die Chips etwas lernen sollen, können die NPUs ihre Vorteile ausspielen. Doch es wird wohl noch das ein oder andere Jahr ins Land gehen, bis wir Smartphone-Chips mit solchen Fähigkeiten werden bewundern dürfen. (as)

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